Una imagen MIM típica cerca de la esquina de un copo de WTe2 monocapa. Las líneas en zigzag brillantes indican características de conducción precisamente en los bordes de la monocapa WTe2. Crédito:Cui lab, UC Riverside.
Un equipo de investigación compuesto por científicos de la Universidad de California, Orilla, y la Universidad de Washington obtuvo por primera vez imágenes directas de "conducción de borde" en ditelurida de tungsteno monocapa, o WTe 2 , un aislante topológico bidimensional y material cuántico recién descubierto.
La investigación permite aprovechar esta característica de conducción de borde para construir dispositivos electrónicos más eficientes energéticamente.
En un conductor típico, la corriente eléctrica fluye por todas partes. Aisladores, por otra parte, no conducen la electricidad con facilidad. En aisladores topológicos, un tipo especial de material, el interior funciona como aislante, pero se garantiza que los límites de tales materiales sean conductores debido a su propiedad topológica, resultando en una característica llamada "conducción de borde topológica".
La topología es el estudio matemático de las propiedades de una figura geométrica o un sólido que no se modifica al estirar o doblar. La aplicación de este concepto a los materiales electrónicos conduce al descubrimiento de muchos fenómenos interesantes, incluida la conducción de borde topológica. Trabajando como carreteras por electrones, Los canales de conducción de borde topológico permiten que los electrones viajen con poca resistencia. Más lejos, porque los canales de borde pueden ser potencialmente muy estrechos, los dispositivos electrónicos se pueden miniaturizar aún más.
Los resultados del estudio aparecen hoy en Avances de la ciencia .
Yongtao Cui es profesor asistente de física y astronomía en UC Riverside. Crédito:I. Pittalwala, UC Riverside.
"Se ha demostrado que varios materiales son aislantes topológicos tridimensionales, "dijo Yongtao Cui, profesor asistente de física y astronomía en la UCR, quien dirigió la investigación. "Pero los aislantes topológicos 2-D son raros. Varios experimentos recientes establecieron que WTe monocapa 2 es el primer aislante topológico bidimensional atómicamente delgado ".
Cui explicó que para un aislante topológico 3-D, la conducción aparece en sus superficies; para un material en forma de hoja 2-D, tales características conductoras están simplemente en los bordes de la hoja.
El laboratorio de Cui utilizó una técnica experimental novedosa llamada microscopía de impedancia de microondas, o MIM, para obtener imágenes directamente de la conducción en los bordes de la monocapa WTe 2 .
"Nuestros resultados confirman sin ambigüedades la conducción del borde en este material prometedor, "Dijo Cui.
Aunque WTe 2 se sabe que existe desde hace décadas, El interés por este material se incrementó sólo en los últimos años debido a sus exóticas propiedades físicas y electrónicas descubiertas mediante la física topológica. WTe 2 Las capas se apilan juntas a través de interacciones de van der Waals y se pueden exfoliar fácilmente en delgadas, 2-D, láminas de grafeno.
Ilustración de la configuración de medición. La escama monocapa de WTe2 se asienta sobre un sustrato de SiO2 / Si y está cubierta por una escama delgada de nitruro de boro hexagonal (hBN) para protegerla de la degradación. Crédito:Cui lab, UC Riverside.
"Además de la conducción en los bordes en monocapa WTe 2 , También encontramos que los canales conductores pueden extenderse al interior del material, debido a imperfecciones, como grietas, ", Dijo Cui." Nuestras observaciones apuntan a nuevas formas de controlar y diseñar tales canales de conducción a través de medios mecánicos o químicos ".
Los colaboradores de Cui en la Universidad de Washington prepararon la monocapa WTe 2 muestras. En la UCR, su laboratorio realizó la medición MIM, que implicaba enviar una señal eléctrica de microondas a una punta de metal afilada, y colocando la punta cerca de la superficie de WTe monocapa 2 . Al resolver la señal de microondas rebotada por la muestra, los investigadores pudieron determinar si la región de la muestra directamente debajo de la punta era conductora o no.
"Escaneamos la punta en toda la muestra y mapeamos directamente la conductividad local, "Cui dijo." Realizamos todas las mediciones a temperaturas criogénicas, necesario para monocapa WTe 2 para exhibir la propiedad topológica. Las propiedades topológicas del WTe monocapa 2 potencialmente puede servir como una plataforma para realizar operaciones esenciales en la computación cuántica ".
El laboratorio de Cui ya está explorando nuevas formas de manipular los canales de conducción de borde y la física topológica en WTe monocapa 2 .
"Estamos investigando si apilar WTe monocapa 2 con otros materiales 2-D puede alterar su propiedad topológica, ", dijo." También estamos utilizando métodos mecánicos y químicos para crear redes de canales de conducción. La técnica MIM que utilizamos ofrece un medio poderoso para caracterizar los canales de conducción en materiales topológicos como WTe monocapa 2 . "
